Модификация резин продуктами на основе отходов производства подсолнечного масла

Актуальность работы. В настоящее время в резинотехнической отрасли ужесточились требования уменьшения вредного и токсического влияния продуктов производства и износа шин и резинотехнических изделий. Повышение экологической безопасности при изготовлении и эксплуатации таких изделий достигается путем исключения или сокращения материалов, выделяющих вредные вещества. В основном к таким материалам относятся целевые добавки (пластификаторы, мягчители) на основе продуктов переработки нефти, запасы которой ограничены, и цены на которые непрерывно растут. В этой отрасли намечаются тенденции использования альтернативных продуктов.

В то же время при рафинации подсолнечного масла актуальной является проблема создания промышленных технологий переработки отходов основных стадий производства. Их отсутствие приводит к накоплению отходов на промплощадках, затем на полигонах, и как следствие, ведет к увеличению экологических рисков. Анализ литературных данных о химическом составе таких отходов показал, что они являются доступными в больших количествах, экологически чистыми сырьевыми ресурсами для других отраслей промышленности.

Актуальность работы состоит в том, что при создании технологических активных добавок (ТАД) для резиновых смесей используется отход стадии вымораживания производства рафинированного подсолнечного масла — отработанный диатомитовый фильтровальный порошок. Это позволит уменьшить нагрузку на окружающую природную среду за счет использования в технологическом цикле продуктов, полученных при переработке отходов, получать экологически безопасные ТАД, замещающие аналогичные на основе нефтехимического сырья, а также улучшить технологические свойства резиновых смесей при сохранении и/или повышении необходимого уровня физико-механических показателей.

Цель работы: создание новых ТАД для эластомеров из отработанного фильтровального порошка на основе диатомита, а именно — разработка технологии их изготовления и удобной выпускной формыиспытание полученных добавок в резинах на основе каучуков общего и специального назначения.

В данной работе ставились следующие задачи:

1) изучение состава и свойств отработанного фильтровального порошка — отхода стадии вымораживания подсолнечного масла;

2) исследование влияния отработанного диатомита на свойства резиновых смесей и вулканизатов;

3) изменение свойств данного отхода для получения модифицирующих добавок резиновых смесей;

4) испытание ТАД в резинах на основе каучуков общего и специального назначения, а также в производстве РТИ: формовых, неформовых, клиновых ремней, рукавов и др.;

5) исследование влияния ТАД на переработку полимерных отходов производств синтетических каучуков.

Научная новизна:

1. Впервые на основе отхода рафинации подсолнечного масла разработаны технологические активные добавки:

— модификатор ОМК-В — органоминеральная композиция после стадии вымораживания в смеси с физическим и химическим противостарителями;

— модификатор ВЦ, представляющий собой химическую смесь продуктов реакции отхода стадии вымораживания с цинковыми белилами в некотором диапазоне концентраций данных компонентов.

Научно обоснован их состав, разработаны методики синтеза ТАД, направленно изменяющих свойства изучаемого продукта.

2. Показана возможность использования полученных модифицирующих добавок в рецептурах резиновых смесей на основе каучуков общего и специального назначения для улучшения их свойств.

3. Установлено, что разработанные добавки ОМК-В и ВЦ обладают выраженным диспергирующим и пластицирующим действием. Добавка ВЦ проявляет свойства активатора вулканизации, структурирующего агента в составе метал-лооксидной вулканизующей системы для хлоропреновых каучуков.

4. Предложен комплексный метод оценки эффективности ТАД, основанный на определении вязкости резиновых смесей, скорости вулканизации и упруго-прочностных свойств резин.

5. Определены оптимальные дозировки ТАД в рецептурах резиновых смесей. Показано, что свойства резиновых смесей и вулканизатов превосходят или соответствуют таковым для серийных резин.

6. Впервые показана возможность использования ТАД марки ОМК-В при переработке отходов каучуков в полимерную крошку для улучшения её технологических свойств: ускорения разрушения заструктурированных включений, уменьшения содержания влаги и летучих веществ. Предложен способ получения полимерной крошки «Поликрош СК» с использованием ТАД ОМК-В.

Практическая значимость:

1. Расширен ассортимент отечественных технологических активных добавок на основе сырья растительного происхождения, разработаны технические условия и технологический регламент на новые добавки ОМК-В и ВЦ, а также рекомендации по их применению в резиновой промышленности.

2. Решена задача утилизации отхода стадии вымораживания производства рафинированного подсолнечного масла путем использования его после обработки модифицирующими добавками (противостарители, цинковые белила).

3. Организовано промышленное производство новых ТАД марок ОМК-В и ВЦ на предприятии ООО «Совтех». Добавки прошли лабораторные и промышленные испытания на ряде предприятий России и внедрены в производство на ООО «РПИ КурскПром» и на ООО «Совтех» при изготовлении полимерной крошки.

4. Замена в рецептурах РТИ мягчителей на добавку ОМК-В и активаторов вулканизации на добавку ВЦ позволяет снизить себестоимость резиновых смесей и получить экономический эффект, который составил 2,3 млн р./год (на примере предприятия ООО «РПИ КурскПром»).

На защиту выносятся:

1. Способ получения ТАД ОМК-В на основе смеси отхода стадии вымораживания производства рафинированного подсолнечного масла с физическим и химическим противостарителями для дальнейшего использования её в рецептурах резиновых смесей в качестве диспергатора порошкообразных компонентов, мягчителя.

2. Способ создания активирующей добавки ВЦ для замены традиционных активаторов вулканизации.

3. Результаты исследований влияния ТАД ОМК-В и ВЦ на свойства резиновых смесей и вулканизатов.

4. Результаты исследований влияния ТАД ОМК-В на технологические свойства полимерной композиции из отходов производства синтетического каучука.

Апробация работы. Работа выполнена в рамках областной целевой программы «Развитие инновационной деятельности в промышленности Воронежской области на 2005 — 2008 гг.». По результатам исследований были получены Диплом лауреата областного конкурса «Инженер года — 2009» (I место в номинации «Химия») и Диплом «Победитель первого тура Всероссийского конкурса «Инженер года» по версии «Инженерное искусство молодых». Основные результаты работ докладывались на: X и XI международных научно-практических конференциях «Шины, РТИ, каучуки — состояние и прогноз развития: Рынок и производство. Сырьё и материалы. Инновационные технологии и оборудование. Новая продукция» (Москва, 2007;2008) — 1У-й Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (Барнаул, 2007) — второй Всероссийской научно-практической конференции «Экология и здоровье: проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий, профилактики заболеваемости и устойчивого развития» (Вологда, 2007) — XIII международной научно-практической конференции «Резиновая промышленность. Сырьё. Материалы. Технологии — 2007 г.» (Москва, 2007) — восемнадцатом симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2007) — XI международной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья Российской Федерации» (Липецк, 2007) — шестой всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука — региону» (Вологда, 2008) — четвертой Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2008) — научных отчетных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГТА (Воронеж, 2005;2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 2 в рецензируемых изданиях. По результатам работы получено четыре патента и два положительных решения о выдаче патента на изобретение, что свидетельствует о достаточной новизне предложенных технических решений.

Аннотация глав. Работа изложена на 224 с. машинописного текста, включая 64 таблицы и 21 рисунок, и состоит из введения, литературного обзора, описания объектов и методов исследования, экспериментальной части, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 138 наименования, приложений.

Во введении обоснована актуальность и научная новизна диссертационной работы, сформулирована ее цель и практическая значимость.

В первой главе проведен анализ состава, оценена возможность вторичного использования отхода стадии вымораживания в промышленности. Рассмотрены аспекты использования жирных кислот и их производных в качестве ингредиентов в резиновой промышленности. Приведены данные по составу и свойствам существующих технологических добавок на основе жирных кислот и их солей, основным областям их применения, а также их влиянию на свойства резиновых смесей и вулканизатов. Сформулированы выводы и цель исследования.

Во второй главе приведено описание объектов и методов исследования. В третьей главе изложены результаты проведённых исследований и их обсуждение.

В заключении сделаны выводы о целесообразности использования полученных технологических добавок в конкретных РТИ и даны рекомендации по их применению.

Выводы и рекомендации.

1-. В условиях лаборатории новых материалов ИнжЦ проведены лабораторные испытания технологических добавок производства ООО «Совтех», изготовленных на основе сопутствующих продуктов масложирового производства.

2. Испытания технологической добавки ВЦ-20П, полученной на основе отходов производства подсолнечного маслаКН, КФ, КНЦ, КФЦ — производства маргарина проведены в эталонных и серийных резиновых смесях на основе этиленпропиленовых, бутадисн-нитршгънътх, бутадиен-стирольных и хлоропреновых каучуков.

3. Технологические добавки испытаны в серийных резинах производства неформовых изделий на основе этилен-пропиленовых каучуков, формовых изделий — на основе бутадиен-ншрильных и хлоропреновых каучуков.

4. Показано, что технологические добавки производства ООО «Совтех» не пылят, хорошо распределяются в резиновых смесях, оказывают диспергирующее, активирующее влияниев резиновых смесях с металло-оксидными вулканизующими системами цинксодержащие технологические добавки позволяют ¦осуществить частичную и полную замену оксида цинка.

5. На основании проведенных лабораторных испытаний выбраны оптимальные составы резиновых смесей, которые рекомендуются для расширенных лабораторных испытаний, по результатам которых будет принято решение по их производственному опробованию.

6. В неформовых резинах на основе этиленпропиленовых каучуков с эффективными серно-перекисными вулканизующими системами, отмечена необходимость корректировки состава вулканизующей группы в сторону снижения дозировки ускорителей вулканизации (предположительно, тиурама Д). Представляется целесообразным испытания технологических добавок в резинах на основе этиленпропиленовых каучуков в производстве рукавных формовых изделий, что позволит избежать доработку вулканизующих групп.

7. Показана возможность частичной замены оксида цинка в резинах с металло-оксидными вулканизующими системами. При замене оксида цинка исключается производственная операция по изготовлению цинконафта, так цинксодержащие технологические добавки имеют пастообразную консистенцию, не пылят, хорошо распределяются в резиновых смесях.

8. Представляется целесообразным расширение ассортимента резин для испытания технологических добавок в производстве ОАО «Балаковорезинотехника».

9. После доработки серийных и разработки новых рецептов резиновых смесей, содержащих технологические добавки производства ООО «Совтех», сторонам при необходимости согласовать экономическую целесообразность их использования в производстве ОАО «Балаковорезинотехника».

10. Сторонам разработать программу работ по внедренню в производство ОАО «Балаковорезинотехника». технологическнх добавок, изготовленных на основе сопутствующих продуктов масложнровой промышленности ООО «Совтех».

Заключение

.

1 Продолжить испытания технологических добавок «ВЦ» в производстве в соогвеге1вии с рачрабо тайным планом (кэчоженном в о г чете в таблицах 1−3).

2 Провей и производственные испытания гехнолоптческих добавок в резиновых" смесях, пршинодстеешо! о изготовления Для проведения таких испытаяйй заказа! ь гюетавк> ООО мСОВТЬХ" гехио. ютчсскил добавок ВЦ-20ГТ и ВЦ-20Ш, но 2.0ч — технологической добавки ВК-28 дле1 снижения летучих при изготовлении и вчлканшалии содержащих регенерат резин в количестве 500 К1.

Технотогичеекх ю добавку ВЦ-20КП перемести й сыпуч) ю форму 4. ООО «С ОВТЕХ» продолжить работу по приданию бои ее технологичной формы гсхиото) ическим добавкам.

5. I [роит" «лвенные испытания шхнологических добавок осуществить при содействии ООО «СОВТ1 X» .

О г ООО ТОВ’П-Х.

О г ООО «рпи КурскГТром.

Начальник 1ГГЦ

Инженер-технолог, астрам) ВГ[А.